Je fabrique / Selbermachen / I build Les Mains dans l Eau

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1 LES MAINS DANS L EAU Fiche Connaissance Je fabrique / Selbermachen / I build Présentation de l élément Habillés avec un petit tablier pour ne pas trop se mouiller, les enfants jouent les mains dans un bassin afin de découvrir intuitivement quelques propriétés de l eau. Ils remplissent un réservoir qui bascule, ils gèrent le débit de l eau avec des petits obstacles, font tourner des moulins à eau Accessibilité Nombre de Visiteurs Age Visiteurs non-voyants 3 à 6 ans 4 à 8 actifs Oui Fauteuils roulants Partiellement Visiteurs sourds oui Mots clés Eau, liquide, solide, Archimède, flottaison, moulin à eau, énergie. Page 1 sur 5

2 Pour en savoir plus L eau est un élément très important de la vie de tous les jours. Connaît-on vraiment l eau? Sous quelle forme existe l eau? Quelle est son utilité? Le module du Vaisseau les mains dans l eau permet d expérimenter tout un tas de choses en s amusant avec l eau. Faire flotter des bateaux ou faire tourner les roues d un moulin font partie des nombreuses activités possibles et on peut donc y observer les formidables propriétés de l eau liquide. Les différents états de l eau. L eau n est pas toujours liquide. L eau peut se trouver sous plusieurs formes dans la nature. La forme la plus connue est l eau liquide, celle qui nous glisse entre les doigts et qui est si difficile à attraper. Mais on connaît aussi très bien, parce qu on la voit souvent en hiver, la forme solide de l eau que l on appelle glace. La dernière forme de l eau est la forme gazeuse, que l on appelle aussi vapeur. Contrairement à ce que l on pourrait penser, la vapeur d eau n est pas visible. On ne peut l apercevoir que lorsqu elle se condense, c est-à-dire lorsqu elle se transforme en fines gouttelettes d eau au contact de l air frais. Quelle est la raison de ces différents états? Pour comprendre quelles sont les différences entre les formes de l eau, il faut imaginer ce que l on verrait si on pouvait observer de très près une goutte d eau. Si cela était possible, on pourrait voir que l eau est formée de minuscules petits morceaux que l on appelle les «molécules». Il faut donc s imaginer que sous son apparence unie, l eau est constituée d un très grand nombre de ces molécules. Dans le cas de l eau, on appelle ces molécules «H2O» qui ne s arrêtent jamais de bouger et dont la vitesse de mouvement dépend de la température. La vapeur d eau se forme quand il fait très chaud, par exemple quand on met de l eau à bouillir pour faire des pâtes. Dans ce cas, les molécules de l eau bougent très vite et ne peuvent pas s accrocher les unes aux autres et comme seules elles sont très légères, elles «s envolent» et montent dans l air. Lorsqu elle est à une température comprise entre 0 C et 100 C, l eau se présente sous forme liquide. Les molécules d eau bougent beaucoup moins vite et ont donc le temps de s accrocher entre elles, comme si elles se donnaient la main. En se réunissant, les molécules d eau additionnent leur poids et deviennent plus lourdes. Ensemble, elles forment une goutte plus ou moins grosse et lourde selon qu elles sont plus ou moins nombreuses à se réunir. Leur poids grandissant les amène à tomber. On peut facilement observer ce phénomène lorsqu il fait froid dehors et que l on fait bouillir de l eau à l intérieur : de la buée se forme sur les vitres, et si on laisse encore l eau bouillir, on peut parfois voir des gouttes d eau! Dans le cas de l eau liquide, on a vu que les molécules s accrochaient les unes aux autres, mais elles bougent quand même un peu et vont donc souvent se décrocher d une molécule pour s accrocher avec une autre de façon très rapide. Dans le cas de la glace, les molécules ne bougent presque plus et peuvent donc rester accrochées très facilement les unes aux autres sans changer de partenaire. Le lien entre les molécules dans la glace est plus rigide que dans l eau et les molécules sont plus éloignées les unes des autres. C est comme si, dans le cas de l eau, les molécules se donnaient la main avec le bras plié ou tout mou et dans le cas de la glace, avec le bras tendu. Cela a pour effet d augmenter le volume de la glace. On peut facilement vérifier l augmentation du volume de l eau en remplissant une bouteille d eau en plastique. Si on la laisse à l extérieur en hiver pendant une nuit très froide (ou au congélateur s il ne fait pas assez froid) la bouteille se brisera car la glace prend plus de volume que l eau liquide! Page 2 sur 5

3 Un peu de vocabulaire : les transitions entre les états. Condensation Glace (Solide) Solidification Eau liquide Liquéfaction ou Condensation Vapeur d eau d eau (Gaz) Fusion Vaporisation Sublimation Quelques propriétés particulières de l eau L eau se distingue des autres liquides par certains de ses attributs qui peuvent être très importants pour l existence de la vie : L eau est un liquide à l odeur et au goût relativement neutres. Elle est également incolore donc transparente. La lumière du soleil peut ainsi traverser l eau et permettre aux plantes aquatiques de se développer. L eau est un très bon solvant : on l appelle le solvant «universel». Cela veut dire que l on peut y dissoudre beaucoup de substances, par exemple le sel, le sucre et certains gaz comme l oxygène et le dioxyde de carbone. On dit que ces substances sont hydrophiles (elles «aiment l eau») contrairement aux substances hydrophobes (qui ont «peur de l eau») comme l huile et les graisses. Ce sont ces mécanismes qui sont à la base de toutes vies. La caractéristique la plus étonnante de l eau est sans nul doute la variation de la densité selon son état. En effet, il s agit d une des seules substances qui est, sous sa forme liquide, plus dense que sous sa forme solide. Ainsi, pour un même volume d eau et de glace, l eau est plus lourde, car les liaisons entre les molécules sont souples, tandis que la glace est plus légère, les molécules étant reliées entre elles de façon rigide, avec plus d espace vide. La glace qui se forme dans les mers et les lacs va donc flotter à la surface, tout comme les glaçons dans un verre. Ce mécanisme va empêcher la glaciation totale des lacs en hiver et permettre aux poissons qui y vivent de passer les périodes froides. En effet, quand l eau à une température en dessous de 4 C, l eau froide étant plus légère, elle va s accumuler en surface et geler. L eau reste liquide au dessus de 0 C et sera donc plus en profondeur, permettant aux poissons de survivre, sauf en cas de froid extrême. L homme et l eau Que ce soit pour ses besoins personnels (consommation, hygiène, etc.) en agriculture ou en industrie, l homme a su utiliser l eau pour améliorer sa vie quotidienne. En voici quelques exemples : Dans la vie quotidienne Page 3 sur 5

4 J e fabrique / Selbermachen / I build L homme est en grande partie constitué d eau. La part de l eau dans le corps diminue avec l âge : 97% chez le fœtus, 75% chez le nourrisson, 60% chez l'adulte, 55% chez la personne âgée. Le corps d un être humain adulte contient ainsi 60% d eau, c est-à-dire environ 42 litres d eau pour une personne de 70 kg. Tandis qu un enfant de 5 ans pesant 18 kg aura dans son corps près de 13 litres d eau! Il est facile de comprendre dans ces conditions les besoins de l homme en eau. Nous devons boire constamment pour compenser les pertes d eau qui ont lieu principalement par les reins (urine), par la transpiration (sueur), en particulier en été et quand il fait très chaud, mais aussi par la respiration (expiration). L eau est aussi abondamment utilisée par l homme pour se laver. L eau sale est ensuite traitée et recyclée dans les milieux naturels. Pour ses travaux Au cours du temps, l homme a su perfectionner ses techniques et son matériel pour surpasser les limites de ses contraintes physiques, ainsi l utilisation de l eau dans les industries a grandement facilité sa vie. Le Moulin à eau : Inventé en Europe par les romains, il est beaucoup plus ancien que le moulin à vent. Appelé aussi Moulin Hydraulique, c est une installation qui permet d utiliser la force mécanique des courants d un cours d eau. Les usages du moulin sont variés, on peut par exemple moudre des céréales ou produire de l électricité. Actuellement, l électricité peut être produite par des centrales hydroélectriques qui utilisent la force des chutes d eau, retenue en très grande quantité par des barrages. Source : Les b ateaux ateau x : Pourquoi certains objets flottent tandis que d autres coulent? La densité y est pour quelque chose, mais de quoi s agit-il exactement? La densité d'un corps est le rapport entre sa masse volumique, c est-à-dire la relation qu il y a entre son volume et son poids, et la masse volumique d'un corps de référence. Pour les liquides et les solides, ce corps de référence est l eau, alors que pour les gaz c est l air. Ainsi, si la densité d'un corps est supérieure à la densité de l eau, comme pour une vis métallique, le corps en question coule dans l'eau. À l'inverse, si la densité d'un corps est inférieure à la densité de l eau, comme pour un bouchon de liège, le corps en question flotte sur l'eau. Maintenant pour un même volume, le poids sera déterminant. Par exemple, imaginons un ballon rempli d air et exactement le même ballon remplit d un liquide ou d une matière plutôt lourde. Le volume sera donc le même mais celui rempli d air sera plus léger et donc moins dense. Si on place les 2 ballons sur l eau, celui rempli d air flotte et celui rempli de la matière lourde coule. Source : Et pour les bateaux alors? C est le même principe. Pour qu il flotte, on augmente le volume du bateau et on réduit son poids grâce à des matériaux léger. Si on fabriquait un bateau uniquement en acier plein, il coulerait très rapidement. Heureusement les bateaux contiennent beaucoup d air ce qui augmente leur volume sans augmenter le poids, ce qui diminue donc leur densité! Le même raisonnement est applicable au gaz et au liquide et c est grâce à cette faculté que les montgolfières ou les dirigeables gonflés à l hélium peuvent s élever dans les airs. L hélium ayant une densité plus faible que celle de l air. Page 4 sur 5

5 Dossiers complets sur l eau : Pour en savoir : la poussée d Archimède : Jager Vincent (2008) Page 5 sur 5